基于插入/缺失標記推斷中國西南地區侗族的法醫特征和人群遺傳結構

任 崢 劉玉波 張 晗 王啟燕 張紅玲 黃 江

貴州醫科大學法醫學院 貴州 貴陽 550025

1 引言

插入/缺失多態性(Insertion/deletion polymorphisms,InDels)是基于基因組中一個或多個核苷酸的插入或缺失的雙等位基因長度多態性。InDels廣泛分布在整個人類基因組中,估計總數約為200萬[1]。InDels被認為是理想的法醫標記物,具有減少的擴增子大小和低突變率[2]。此外,可以通過簡單的PCR擴增和高通量電泳來分析InDels,這通常在法醫短串聯重復(short tandem repeat,STR)分析中使用。因此,人們越來越多地探索InDels并將其用于法醫遺傳學中[3-5]。

侗族是中國第十大少數民族,人口290萬,是貴州的原住民,主要集中在貴州東部的銅仁和玉屏侗族自治縣中,約為160萬。侗族的語言屬于壯侗語族。南方侗族的祖先可能來自廣西梧州和廣東廣州。以前已經報道了廣西侗族的30個常染色體InDels的人群數據[6],但沒有關于廣西侗族與貴州相關人群遺傳關系的信息。

東亞人口的遺傳結構分析在了解全球現代人類的遷移模式和遺傳關系方面起著重要作用[7]。中國西南的貴州是一個多種族的省份,有18個少數民族,包括苗族,布依族,侗族,水族,仡佬族,滿族,蒙古族,回族,彝族,羌族和畬族。因此,貴州成為探索每個民族的法庭特征和綜合遺傳結構的重要地區。但是,到目前為止,貴州群體的遺傳數據還很少。

我們在這里使用第一個成熟的商業試劑盒(Investigator DIPplex kit)對從貴州省采集的148個侗族樣本中的30個InDel進行了基因分型。我們的研究目的是首先探索30個InDel基因座在法醫個人識別中的系統效能,并推斷貴州侗族人群的群體遺傳結構。

2 材料與方法

2.1 樣本 在知情同意下,從居住在貴州省的侗族群體中收集了149個無關個體的外周血樣本。貴州醫科大學倫理委員會批準了與我們的研究目的,樣品收集,實驗設計等有關的所有程序,倫理批準號為(2021倫審第65號)。

我們對所研究的這些無關個體有嚴格的篩選標準:參與者必須是貴州的原住民,彼此之間沒有血緣關系,有超過三代人的非近親通婚。

2.2 方法

2.2.1 DNA的提取 使用Chelex-100法[8]提取血樣DNA,-20℃保存。

2.2.2 30個InDel基因分型 DNA模板以Investigator DIPplex試劑盒(Qiagen,Hilden,德國),12.5 ml體積的反應體系,擴增30個InDel基因座,其中DNA 9948和dd H2O作為陽性對照和陰性對照。多重PCR在GeneAmp 9700熱循環儀(Applied Biosystems,Foster City,CA,美國)上進行。隨后在ABI 3500遺傳分析儀(Applied Biosystems,Foster City,CA,美國)上使用毛細管電泳分離擴增產物。使用GeneMapper v3.2軟件(Applied Biosystems,Foster City,CA,美國)進行基因分型。

2.2.3 統計學分析 通過STR Analysis for Forensics軟件[9]計算等位基因頻率和法醫統計參數,例如匹配概率(PM),多態信息含量(PIC),非父排除概率(PE),個人識別能力(PD)和親權指數(TPI)。使用Arlequin v3.5軟件[10]估算Hardy-Weinberg平衡(HWE)的p值。通過MVSP v3.22軟件[11]和Genepop v4.0軟件[12]基于原始基因分型結果進行貴州侗族和47個參考人群的主成分分析(PCA)和遺傳分化系數(Fst)的計算,并通過MEGA v5.0軟件[13]基于Fst值構建系統發育樹。

2 結果

2.1 等位基因頻率和法醫學參數 侗族148個樣本的30個InDel基因座等位基因頻率請見表1,插入(Insertion)等位基因的頻率最低的為0.0970(基因座HLD39),最高的為0.9440(基因座HLD118)。各基因座的法醫學參數和的Hardy-Weinberg平衡檢驗的p值也請見表1。其中有部分基因座的p值小于0.05,如HLD40,HLD70和HLD81。但經過Bonferroni校正后,所有基因座均符合Hardy-Weinberg平衡,說明本研究所分析的樣本足以代表貴州省侗族群體。

表1 貴州侗族30個InDel等位基因頻率和法醫學參數

HLD136 0.516 0.484 0.49324 0.49984 0.3735 0.6265 0.1817 0.3741 0.9867 1 HLD39 0.097 0.903 0.18919 0.1935 0.6717 0.3283 0.0269 0.1742 0.6167 0.67635 HLD40 0.685 0.315 0.38514 0.46686 0.3721 0.6279 0.1051 0.357 0.8132 0.03585 HLD45 0.71 0.29 0.42568 0.4467 0.4009 0.5991 0.1303 0.3461 0.8706 0.58373 HLD48 0.339 0.661 0.4527 0.45934 0.3969 0.6031 0.1494 0.353 0.9136 0.85889 HLD56 0.524 0.476 0.47297 0.49427 0.37 0.63 0.1649 0.3713 0.9487 0.61929 HLD58 0.492 0.508 0.54054 0.50133 0.3981 0.6019 0.2255 0.3748 1.0882 0.40941 HLD6 0.46 0.54 0.48649 0.50087 0.3693 0.6307 0.1759 0.3746 0.9737 0.74236 HLD64 0.903 0.097 0.20946 0.21949 0.6376 0.3624 0.0324 0.1948 0.6325 0.70113 HLD67 0.726 0.274 0.34459 0.37286 0.4619 0.5381 0.0836 0.3026 0.7629 0.38076 HLD70 0.653 0.347 0.35811 0.48243 0.3535 0.6465 0.0904 0.3652 0.7789 0.00225 HLD77 0.468 0.532 0.52027 0.49343 0.394 0.606 0.2059 0.3708 1.0423 0.61737 HLD81 0.726 0.274 0.29054 0.37286 0.4645 0.5355 0.0597 0.3026 0.7048 0.01307 HLD83 0.427 0.573 0.50676 0.49892 0.3812 0.6188 0.1935 0.3736 1.0137 0.86927 HLD84 0.855 0.145 0.26351 0.27721 0.5644 0.4356 0.0496 0.2381 0.6789 0.55304 HLD88 0.532 0.468 0.55405 0.49583 0.4123 0.5877 0.2393 0.3721 1.1212 0.1849 HLD92 0.468 0.532 0.50676 0.49782 0.3823 0.6177 0.1935 0.3731 1.0137 0.86854 HLD93 0.653 0.347 0.48649 0.47824 0.3919 0.6081 0.1759 0.363 0.9737 0.86398 HLD97 0.331 0.669 0.42568 0.42197 0.4256 0.5744 0.1303 0.3321 0.8706 1 HLD99 0.887 0.113 0.16892 0.17735 0.6971 0.3029 0.0219 0.1611 0.6016 0.63085 CDP=0.9999999999660890 CPE=0.9841

可見不同基因座之間等位基因頻率的差距非常大,甚至接近一個數量級。對于二等位基因來說,

2.2 遺傳結構 基于30個InDel原始基因分型結果的貴州侗族和47個參考人群的主成分分析(PCA)結果請見圖1。我們觀察到明顯的群體聚集和遺傳相似性。48個人群被標記為10種不同的形狀和顏色:非洲人、歐洲人、北美人和南美人被定義為地理區域,東亞人被進一步劃分為不同的語族群體,如漢語族、苗瑤語族、侗臺語族、藏緬語族、突厥語族等。所研究的侗族集中在中國少數民族中間,與福建畬族、湖北土家族、上海漢族、遵義苗族、遵義仡佬族、云南彝族、廣西壯族、貴州布依族等集中在一起。研究人群與東亞參照人群的遺傳相似性模式與地理來源和語言聯系基本一致。

圖1 貴州侗族與47個參考人群的PCA分析

基于30個InDel原始基因分型結果的貴州侗族和47個參考人群計算的Fst值所構建的系統發育樹見圖2。三個主要分支與大陸地區很好地對應。除新疆和西藏人群外,其余四組均為東亞人群。我們發現在說苗瑤語和侗臺語的人群中,遺傳學和語言學之間有很強的相關性。所研究的貴州侗族與講侗臺語的人群聚集在一起,特別是廣西侗族、仡佬族和壯族。

圖2 貴州侗族與47個參考人群的Fst系統發育樹

3 討論

本研究對貴州侗族的148個無親緣關系個體的30個InDel位點進行了基因分型,報告了等位基因頻率并計算了法醫參數。我們發現,這30個In-Del位點擁有較高的累計個人識別能力(＞0.9999)滿足法醫個人鑒定的效率,但由于其累計非父排除概率較低,只能作為親子鑒定的補充工具。

在主成分分析和基于遺傳距離的NJ樹分析中,我們新研究的貴州侗族與講臺卡岱語的群體聚在一起,特別是廣西侗族、喀勞族和壯族。這一結果似乎支持了南方侗族祖先可能來自廣西梧州的假設。

綜上所述,本研究提供了貴州侗族148名個體的30個常染色體InDel位點的第一批等位基因數據和法醫學參數。法醫統計分析的結果表明,這30個InDel位點對法醫個人識別是強力的工具 。我們觀察到30個InDels所揭示的遺傳結構與地理和語言分類基本一致。在未來的研究中,對具有代表性的大樣本群體進行全基因組深度測序,有助于更好地了解貴州居群的遺傳結構和居群歷史。